Файл: Новое в изготовлении и службе подин..pdf

Первоначально силикатным расплавом заполняются пустоты между обломками магнезитового порошка. За­ тем расплав начинает пропитывать отдельные зерна. Учитывая толщину магнезиовюститного слоя (50— 70 мм), можно предположить относительно медленное перемещение металлургического окисного расплава в сторону неспеченного порошка. По-видимому, это об­ стоятельство является благоприятным для образования износоустойчивого рабочего слоя подины в процессе ее эксплуатации, поскольку заполнение шлаком всех пус­ тот между обломками магнезитового порошка могло бы существенно понизить запас прочности подины при вы­ соких температурах. Пропитывание магнезитовых об­ ломков сопровождается увеличением толщины силикат­ ной связки, цементирующей кристаллы периклаза в них.

Первоначально увеличение толщины связки не сопро­ вождается увеличением подвижности кристаллов пери­ клаза. Однако изменения свойств силикатных пленок оказывается достаточно, чтобы кристаллы периклаза приобрели способность перемещаться под действием ферростатического давления. Перемещение кристаллов периклаза под действием сил поверхностного натяжения на границе раздела твердой, жидкой, и газообразной

58

фаз и под действием ферростатического давления про­ текает относительно медленно. При применении крупно­ зернистых порошков времени одной плавки оказывается недостаточно для того, чтобы процесс перераспределе­ ния кристаллов периклаза закончился образованием мо­ нолитной структуры. Для образования такого слоя под магнезитовюститной «корочкой» в случае крупнозернис­ тых порошков требуется несколько плавок.

После одной плавки рабочий слой подины из крупно­ зернистых порошков неоднороден. Промежутки между крупными кристаллами магнезиовюстита заполнены си­ ликатным расплавом. Перераспределения кристаллов периклаза между обломками (зернами) и пустотами почти не наблюдается.

С утонением зернового состава меняется толщина реакционного слоя и его структура.

Не работавшая подина из мелкозернистых порошков после ремонта представляет собой монолитный магнезиовюститный рабочий слой относительно малой толщи­ ны и беспорядочно расположенные под ним неспеченные обломки магнезитового порошка.

После одной плавки в магнезиовюститовом слое об­ разуются трещины, по которым в процессе работы поди­ ны под рабочий слой проникают металл и силикатные расплавы. Вследствие низкой фильтрующей способнос­ ти неспеченного порошка металл не проникает в него и накапливается в очень небольшом количестве в виде тонких ажурных включений непосредственно под магнезиовюститовым слоем. Неметаллический расплав про­ никает несколько глубже. Об этом свидетельствует из­ менение химического состава подины по зонам (табл. 12). Как и в подинах из крупнозернистых порошков, си­ ликатный расплав проникает в пустоты между кристал­ лами периклаза. Однако вследствие меньшего размера наиболее крупных обломков и меньшего объема пустот между ними время полного пропитывания обломков маг­ незитового порошка относительно небольшим количест­ вом расплава сокращается. Более тонкий магнезиовюститовый слой должен в большей степени передавать ни­ жележащим слоям ферростатическое давление, вслед­ ствие чего нижележащие слои пропитанного силикатами магнезитового порошка подвергаются давлению в 0,5— 0,9 кгс/см2. Кроме лучшей передачи давления, более тонкий магнезиовюститовый слой предопределяет не­

59

сколько более высокую температуру нагрева нижеле­ жащего неспеченного слоя. Более полная пропитка зе­ рен силикатами, повышенные температура и давление и меньшие расстояния между зернами мелкозернистого порошка, чем в неспеченном слое из крупнозернистых порошков, предопределяют значительно большую ско­ рость перераспределения кристаллов периклаза в объ­ еме рабочего слоя, формируемого в процессе эксплуа­ тации подин.

Т а б л и ц а 12

Химический состав магнезиально-железистых подин из мелкозернистых порошков после ремонта и нескольких плавок

магнезиально-железистого слоя, следует с особым вни­ манием относиться к свойствам всех участков монолит­ ного слоя футеровки подины, в том числе и неспеченной его части.

Для оптимизации технологии изготовления и ремон­ та монолитного слоя и для прогнозирования его стойко­ сти необходимы знания процессов уплотнения порош­

60

ков в условиях высоких температур, малых давлений и низкого содержания плавней, а также характера металлопроницаемости порошков [76].

Рабочий слой ванн и резервуаров большинства ме­ таллургических печей выполняют из порошков различ­ ного химического и зернового составов.

Во всех случаях эффективная работа агрегата суще­ ственно зависит от способности рабочего слоя ванны препятствовать проникновению расплавленного метал­ ла через футеровку.

Ранее [77, 78] рассматривали процессы перемеще­ ния металлических расплавов в пористых телах в основ­ ном применительно к кремнеземистым формовочным смесям литейного производства. В настоящей работе ис­ следовали металлопроницаемость порошков из спечен­ ного магнезита путем продавливания через моноили полифракционный слой расплавленных цинка и олова,

атакже ртути.

Сэтой целью в нагревательную электрическую печь сопротивления (рис. 28) устанавливали трубу из жаро­ прочной стали, заполняли ее крупнозернистым порош­ ком, над которым помещали слой испытываемого ма­

териала толщиной 15 мм; сверху укладывали 20— 30 г цинка, олова или наливали столько же металличес­ кой ртути. Чтобы расплавленный металл или ртуть не проникали преимущественно в местах контакта порошка с трубой, у ее стен предварительно набивали кольцеоб­ разный слой толщиной 3—4 мм из порошков с зерном размером 0,1 мм.

На жаропрочную трубу после заполнения ее мате­ риалами навинчивали металлический водоохлаждаемый патрон, соединенный через редуктор с баллоном со сжа­ тым азотом. Металл нагревали до температуры, на 150° С превышающей температуру плавления, и выдер­ живали в течение 20 мин. Для выравнивания темпера­ туры испытуемого порошка во всем объеме над метал­ лом создавали избыточное давление, подавая сжатый азот в рабочее пространство установки. Скорость нара­ стания давления составляла около 0,1 кгс/(см2-мин). Момент пропитывания испытуемого порошка металли­ ческим расплавом на всю глубину слоя определяли по замыканию цепи контрольный электрод — жаропрочная труба через расплавленный металл. В этот момент фик­ сировали давление гелия над металлом.

61

Рис. 28. Установка для определения металлопроницаемо-

Ъ2

Т а б л и ц а 13

Характеристика порошков, используемых при определении металлопроницаемости

63